4093 är ett 14-stiftspaket som innehåller fyra positiva logiska, 2-ingångar NAND Schmitt triggergrindar som visas i följande figur. Det är möjligt att manövrera de fyra NAND-grindarna separat eller tillsammans.
De individuella logiska grindarna för IC 4093 fungerar på följande sätt.
Som du kan se har varje grind två ingångar (A och B) och en utgång. Utgången ändrar tillstånd från maximal matningsnivå (VDD) till 0V eller vice versa beroende på hur ingångsstiften matas.
Detta utgångssvar kan förstås från sanningstabellen för 4093 NAND-grinden, som visas nedan.
Innehåll
Förstå 4093 sanningstabell
Från ovanstående sanningstabellsdetaljer kan vi tolka portens logiska operationer som förklaras nedan:
- När båda ingångarna är låga (0V), blir utgången hög eller lika med matnings DC-nivån (VDD).
- När ingång A är låg (0V) och ingång B är hög (mellan 3 V och VDD), blir utgången hög eller lika med matnings-DC-nivån (VDD).
- När ingång B är låg (0V) och ingång A är hög (mellan 3 V och VDD), blir utgången hög eller lika med matnings-DC-nivån (VDD).
- När både ingångarna A och B är höga (mellan 3 V och VDD), blir utgången låg (0V)
4093 quad NAND Schmitt Triggers överföringsegenskaper visas i följande figur. För alla positiva matningsspänningsnivåer (VDD) uppvisar överföringskarakteristiken för grindarna samma grundläggande vågformsstruktur.
Förstå IC 4093 Schmitt triggers och hysteres
En distinkt egenskap hos IC 4093 NAND-grindarna är att dessa alla är Schmitt-utlösare. Så vad exakt är Schmitt-triggers?
IC 4093 Schmitt-triggers är en unik mängd NAND-grindar. En av dess mest användbara funktioner är hur snabbt de reagerar på inkommande signaler.
Logiska grindar med Schmitt-trigger aktiverar och vänder sina utgångar högt eller lågt först när deras logiska ingångsnivå når en äkta nivå. Detta är känt som hysteres.
Schmitt-triggerns förmåga att skapa hysteres är en avgörande egenskap (normalt runt 2,0 volt med en 10 V-matning).
Låt oss ta en snabb titt på oscillatorkretsen som avbildas i Fig. A nedan för att få en djupare förståelse av hysteres. Figur B jämför ingångs- och utgångsvågformerna för oscillatorkretsen.
Om du tittar på Fig. A ser du att grindens stift 1-ingång är kopplad till den positiva spänningsskenan, medan stift 2-ingången är ansluten till kopplingen mellan kondensatorn (C) och återkopplingsmotståndet (R).
Kondensatorn förblir urladdad och ingångarna och utgångarna på grinden är båda på nollspänning (logisk 0) tills matningen DC slås PÅ till kretsen.
Så snart matningen DC slås på till oscillatorkretsen, blir stift 1 på grinden omedelbart högt, även om stift 2 förblir lågt.
NAND-grindens utgång svänger högt som svar på ingångssituationen (kontrollera tiden t0 i fig. B).
Som ett resultat börjar motståndet R och kondensatorn C laddas tills det når nivån på VN. Nu blir stift 2 omedelbart högt så snart kondensatorns laddning når VN-nivån.
Eftersom båda grindens ingångar är höga (se tid t1), svänger grindens utgång lågt. Detta tvingar C att ladda ur via R tills den når VN-nivån.
När spänningen på stift #2 sjunker till VN-nivån, svänger grindens utgång tillbaka till högt. Denna serie av PÅ/AV-utgångscykel fortsätter så länge som kretsen förblir strömförsörjd. Så här svänger kretsen.
Om vi tittar på timinggrafen finner vi att utsignalen blir låg endast när ingången når Vp-värdet, och utsignalen svänger högt först när ingången når under VN-nivån.
Detta bestäms av laddningen och urladdningen av kondensatorerna genom tidsintervallen t0, t1, t2, t3 etc.
Från diskussionen ovan kan vi se att utsignalen från Schmitt-triggern växlar endast när ingången når en väldefinierad lågnivå VN och en hög nivå Vp. Denna åtgärd av en Schmitt-trigger för att slå PÅ/AV som svar på väldefinierade inspänningströsklar kallas hysteres.
En av de främsta fördelarna med Schmitt-oscillatorkretsen är att den startar automatiskt när kretsen slås på.
Matningsspänningen styr kretsens arbetsfrekvens. Detta är ungefär 1,2 MHz för en 12 volts strömförsörjning och sjunker när strömmen minskar. C bör ha ett minimalt värde på 100 pF och R bör inte vara lägre än 4,7k.
IC 4093 kretsprojekt
4093 Schmitt trigger IC är ett mångsidigt chip som kan användas för att konstruera många intressanta kretsprojekt. De fyra Schmitt-triggergrindarna som finns inuti ett enda 4093-chip kan anpassas för många användbara implementeringar.
I den här artikeln kommer vi att diskutera några av dem. Följande lista ger namnen på 12 intressanta IC 4093-kretsprojekt. Var och en av dessa kommer att diskuteras utförligt i de efterföljande styckena.
- Enkel piezodrivrutin
- Automatisk gatubelysningskrets
- Pest Repellent Circuit
- Högeffekt sirenkrets
- Fördröjning AV Timerkrets
- Tryck på Aktiverad PÅ/AV-brytare
- Regnsensorkrets
- Löndetektorkrets
- Signalinjektorkrets
- Drivkrets för lysrör
- Lysrörsblinkerkrets
- Ljusaktiverad lampblinkerskrets
1) Enkel piezodrivrutin
En mycket enkel och effektiv piezo drivrutin krets kan byggas med en enda IC 4093, som visas i kretsschemat ovan.
En av Schmitt triggergrindar N1 är riggad som en justerbar oscillatorkrets. Utsignalen från denna oscillator är fyrkantvåg med en frekvens som bestäms av värdet på kondensatorn Cl och justeringen av potten P1.
Utfrekvensen från N1 tillförs grindarna N2, N3, N4 som är parallellkopplade. Dessa parallella grindar fungerar som buffert och strömförstärkarsteg. De bidrar tillsammans till att öka utfrekvensens nuvarande kapacitet.
Den förstärkta frekvensen appliceras på basen av BC547-transistorn som ytterligare förstärker frekvensen för att driva en ansluten piezogivare. Piezogivaren börjar nu surra relativt högt.
Om du vill öka piezons ljudstyrka ytterligare kan du prova att lägga till en 40uH summerspole tvärs över piezotrådarna.
2) Automatisk gatubelysningskrets
En annan stor användning av IC 4093 kan vara i formen a enkel automatisk gatubelysningskrets , som visas i diagrammet ovan.
Här är grinden N1 uppkopplad som en komparator. Den jämför potentialen som genereras av det resistiva avdelarnätverket som bildas av resistansen hos LDR och resistansen hos R1-potten.
I detta skede utnyttjar N1 effektivt hysteresfunktionen hos sin inbyggda Schmitt-trigger. Den ser till att dess utgång ändrar tillstånd endast när LDR-resistansen når en viss extrem nivå.
Hur det fungerar
Under dagtid, när det finns gott om omgivande ljus på LDR, förblir dess motstånd lågt. Beroende på inställningen av P1 skapar detta låga motstånd en låg logik vid ingångsstiften på N1, vilket gör att dess utsignal förblir hög.
Denna höga appliceras på buffertstegets ingångar, skapade av parallellkopplingen av N2, N3, N4.
Eftersom alla dessa grindar är riggade som INTE grindar, inverteras utgången. Den höga logiken från NI inverteras till en låg logik vid utgången av N2, N3, N4-grindarna. Denna låga logik eller 0V når basen av relädrivartransistorn T1 så att den förblir avstängd.
Detta gör i sin tur att reläet förblir avstängt med sina kontakter vilande på N/C-kontakterna.
Glödlampan konfigureras vid N/O-kontakter för reläet förblir avstängd.
När mörkret lägger sig in börjar belysningen på LDR att minska, vilket gör att dess motstånd ökar. På grund av detta börjar spänningen vid ingången till N1 att stiga. Hysteresfunktionen hos N1-grinden 'väntar' tills denna spänning är tillräckligt hög för att få dess utsignal att ändra tillstånd från hög till låg.
Så snart utsignalen från N1 blir låg, inverteras den av N2, N3, N4-grindarna för att skapa en high vid deras parallella utgångar.
Denna höga slår PÅ transistorn och reläet, och därefter tänds även LED-lampan. På så sätt tänds den bifogade gatubelysningslampan automatiskt när kvällen eller mörkret faller på.
Nästa morgon vänder processen och gatlyktans glödlampa stängs av automatiskt.
3) Pest Repellent Circuit
Om du funderar på att bygga ett billigt men ändå någorlunda effektivt anordning för att avvisa råttor eller gnagare , då kan den här enkla kretsen hjälpa.
Återigen, den här designen också de 4 Schmitt-triggergrinarna från en enda IC 4093.
Konfigurationen är ganska lik piezo-drivkretsen, förutom inkluderingen av nedtrappningstransformator .
Den högfrekventa signalen som kan vara lämplig för att driva bort skadedjur justeras noggrant med P1.
Denna frekvens förstärks av de tre parallella grindarna längs och transistorn Q1. Q1-kollektorn kan ses konfigurerad med en primär av en 6 V-transformator.
Transformatorn ökar frekvensen till en hög spänningsnivå på 220 V eller 117 V beroende på spänningsspecifikationen för transformatorns sekundär.
Denna förstärkta spänning appliceras över en piezoomvandlare för att generera ett högt brus. Detta ljud kan vara mycket störande för skadedjuren men kan vara ohörbart för människor.
Det högfrekventa bruset får i slutändan skadedjuren att lämna området och fly till någon annan fridfull plats.
4) Högeffekt sirenkrets
Figuren nedan visar hur IC 4093 kan användas för att bygga en kraftfull sirenkrets . Tonen på sirenen är helt justerbar genom en potentiometervred.
Trots sin enkla inställning kan kretsen i detta exempel verkligen producera ett högt ljud. Den n-kanaliga MOSFET som driver högtalarna möjliggör detta.
Denna speciella MOSFET har en utgångsdränering till källresistans på bara tre milliohm och kan drivas direkt med CMOS-logikkretsar. Dessutom kan dess dräneringsström nå 1,7 A, med en maximal drain-source-spänning på 40 V.
Det går bra att ladda MOSFET direkt med en högtalare eftersom den är i princip oförstörbar.
Att styra kretsen är lika enkelt som att vrida ENABLE-ingångslogiken högt (vilket också kan implementeras genom en vanlig switch istället för en digital källa).
Grinden N2 oscillerar som ett resultat av pulserna från Schmitt-triggern N1 när ingången på stift 5 är hög. Gate N2:s utgång matas till MOSFET genom buffertsteg byggt kring N3. Förinställningen P1 tillåter att N2:s frekvens moduleras.
5) Fördröjning av avstängningstimer med summer
IC 4093 kan också användas för att bygga en användbar men enkel fördröjning AV timerkrets , som visas i figuren ovan. När strömmen slås på kommer piezosummern att börja surra vilket indikerar att timern inte är inställd.
Timern ställs in när trycket trycks på ON kortvarigt.
När tryckknappen trycks in laddas C3 snabbt och applicerar en hög logik vid ingången till den tillhörande 4093-grinden. Detta gör att utsignalen från grinden blir låg eller 0 V. Denna 0 V tillförs ingången till oscillatorsteget som är byggt runt grinden N1.
Denna 0 V drar N1-grindingången till 0 V via dioden D1 och inaktiverar den, så att N1 inte kan oscillera.
Utgången från N1 inverterar nu ingångens logiska noll till en logisk hög vid dess utgång som matas till de parallella ingångarna på N2 och N3.
N2 och N3 inverterar återigen denna logik hög till logisk noll vid basen av transistorn, så att transistorn och piezo förblir avstängda.
Efter en förutbestämd fördröjning laddas kondensatorn C3 ur helt genom R3-motståndet. Detta gör att en logisk låg uppträder vid ingången till den tillhörande grinden. Utgången från denna grind blir nu hög.
På grund av detta tas den logiska nollan från ingången till N1 bort. Nu är N1 aktiverad och börjar generera en högfrekvensutgång.
Denna frekvens förstärks ytterligare av N2, N3 och transistorn för att driva piezoelementet. Piezo börjar nu surra vilket indikerar att fördröjningen AV-tiden har löpt ut.
6) Tryck på Aktiverad omkopplare
Nästa design visar en enkel beröringsaktiverad strömbrytare använder en enda 4093 IC. Kretsens funktion kan förstås med följande förklaring.
Så snart strömmen slås på på grund av kondensatorn Cl vid N1:s ingång, dras logiken vid N1:s ingång till jordspänning. Detta gör att N1- och N2-återkopplingsslingorna låser sig med denna ingång. Detta resulterar i skapandet av en 0 V logik vid N2:s utgång.
0 V-logiken gör att utgångsreläets drivsteg är inaktivt under den första strömbrytaren PÅ.
Föreställ dig nu att basen på transistorn T1 berörs med ett finger. Transistorn skulle omedelbart trigga PÅ, generera en hög logisk signal via C2 och D2 vid ingången till N1.
C2 laddas snabbt och förhindrar efterföljande felaktig aktivering från beröring. Detta säkerställer att proceduren inte försvåras av den studsande effekten.
Ovannämnda logiska höga vänder omedelbart tillståndet för N1/N2, vilket får dem att låsa sig och skapa en positiv utgång. Relädrivsteget och tillhörande last slås PÅ av denna positiva utgång.
Nu bör nästa fingerkontakt få kretsen att återgå till sin ursprungliga position. N4 används för att uppnå denna funktionalitet.
När kretsen återgår till sin ursprungliga status, laddas C3 stadigt (på några sekunder), vilket gör att en logisk lågnivå visas vid lämplig ingång på N3.
Den andra ingången på N3 hålls dock redan logiskt låg av motståndet R2, som är jordat. N3 är nu perfekt placerad i standby-läge, 'klar' för nästa inkommande beröringsutlösare.
7) Regnsensor
IC 4093 kan också perfekt konfigureras för att skapa en regnsensorkrets med en oscillator för summern.
Ett 9 V-batteri kan användas för att driva kretsen, och på grund av den extremt låga strömförbrukningen kommer den att överleva i minst ett år. Den behöver bytas efter ett år eftersom den då kommer att sakna tillförlitlighet på grund av självurladdning.
I sin enklaste form består enheten av en regn- eller vattendetektor, en R-S bistabil, en oscillator och ett drivsteg för varningssummern.
Ett kasserat 40 x 20 mm kretskort fungerar som vattensensor. Trådanslutna anslutningar kan användas för att ansluta alla spår på kretskortet. För att förhindra att spåren korroderar kan det vara lämpligt att förtenna dem.
När strömmen slås på, aktiveras den bistabila omedelbart genom serienätverket R1 och C1.
Motståndet mellan de två uppsättningarna spår på sensorns PCB är verkligen mycket högt så länge det är torrt. Däremot minskar motståndet snabbt när det upptäcks fukt.
Sensorn och motståndet R2 är seriekopplade, och de två kombinerade skapar en spänningsdelare som är fuktberoende. Så snart ingång 1 på N2 blir låg återställer den RS-bistabilt. Oscillator N3 är som ett resultat påslagen och förarporten N4 driver summern.
8) Lögndetektor
Ett annat bra sätt att använda ovanstående krets kan vara i form av en lögndetektor.
För en lögndetektor ersätts avkänningselementet med två stycken tråd med ändarna avskalade och förtennade.
Den som förhörs får sedan de blottade ledningarna att hålla tätt. Summern börjar ljuda om målet råkar berätta lögner. Denna situation utlöses på grund av fukten som genereras i personens grepp på grund av nervositet och skuld.
Värdet på R2 bestämmer kretsens känslighet; vissa experiment kan krävas här.
Genom att låsa omkopplaren S1 PÅ kunde oscillatorn (och därmed summern) stängas av.
9) Signalinjektor
En 4093 IC kan effektivt konfigureras för att fungera som en ljudinjektorkrets. Denna enhet kan användas för att felsöka felaktiga delar i ljudkretssteg.
Om du någonsin har försökt fixa dina egna ljudsystem kanske du är helt bekant med funktionerna hos en signalinjektor.
En signalinjektor, för lekmannen, är en grundläggande fyrkantsvågsgenerator skapad för att pumpa en ljudfrekvens in i en krets som testas.
Den kan användas för att upptäcka och identifiera en felaktig komponent i en krets. En signalinjektorkrets kan också användas för att undersöka RF-sektionerna hos AM/FM-mottagare.
Figuren ovan visar en schematisk representation av signalinjektorn. Oscillator- eller fyrkantsvågsgeneratorsektionen av kretsen är strukturerad kring en enda grind (IC1a).
Värdena på kondensatorn C1 och motståndet R1/P1 ställer in oscillatorns frekvens, som kan vara runt 1 kHz. Genom att justera P1- och C1-värdena för oscillatorsteget kunde kretsens frekvensområde ändras.
Kretsens fyrkantvågsutgång kopplar PÅ/AV över hela matningsspänningsskenan. Matningsspänningar som varierar från 6 till 15 volt kan användas för att driva kretsen.
Du kan dock även använda ett 9V-batteri. Utgången från grinden N1 är sammankopplad i serie med de återstående tre grindarna på IC 4093. Dessa 3 grindar kan ses parallellkopplade med varandra.
Med detta arrangemang är oscillatorutgången tillräckligt buffrad och förstärkt till en nivå som på lämpligt sätt kan mata kretsen som testas.
Hur man använder en signalinjektor
För att felsöka en krets med en injektor, injiceras signalen över komponenterna bakifrån och fram. Låt oss säga att du vill felsöka en AM-radio med en injektor. Du börjar med att applicera injektorns frekvens på basen av utgångstransistorn.
Om transistorn och de andra delarna som följer efter den fungerar korrekt kommer signalen att höras genom högtalaren. Om ingen signal hörs, förs injektorsignalen vidare mot högtalaren tills ett ljud produceras av högtalaren.
Den del som omedelbart föregår denna punkt kan med största sannolikhet antas vara felaktig.
10) Lysrörsdrivare
Bilden ovan visar Fluorescerande ljusväxelriktare schematisk design med IC 4093. Kretsen kan användas för att driva en lysrörslampa med två 6 volts uppladdningsbara batterier eller ett 12 volts bilbatteri.
Med några små justeringar är denna krets praktiskt taget identisk med den föregående.
I sitt befintliga format växlas Q1 växelvis från mättnad och cut-off med hjälp av den buffrade oscillatorutgången.
Primären hos T1 upplever ett stigande och fallande magnetfält som ett resultat av kollektoromkopplingen av Q1, som är kopplad till en terminal på en uppstegstransformator.
Som ett resultat upplever sekundärlindningen av T1 en induktion av en väsentligt större fluktuerande spänning.
Lysröret tar emot spänningen som skapas i T1:s sekundära, vilket gör att det lyser upp snabbt och utan att flimra.
Ett 6 watts lysrör kan drivas av kretsen med en 12-voltskälla. När två 6 volts uppladdningsbara våta batterier används förbrukar kretsen bara 500 mA.
Därför kan flera timmars drift uppnås från en enda laddning. Lampan kommer att fungera betydligt annorlunda än när den drivs av 117 volt eller 220V växelström.
Ingen start eller förvärmare krävs eftersom röret strömförsörjs med högspänningssvängningar. Utgångstransistorn måste installeras på en kylfläns när kretsen konstrueras. Transformatorn kan vara ganska liten med en 220V eller 120V primär och en 12,6 volt, 450 mA sekundär.
11) Fluorescerande blinkare
Fluorescerande blinkaren, avbildad i figuren ovan, innehåller steg från både den grundläggande 4093 oscillatorkretsen och 4093 fluorescerande ljusdrivkretsen.
Denna design, bestående av två oscillatorer och ett förstärkare/buffertsteg, skulle kunna implementeras som en blinkande varningslampa för fordon. Som kan ses, här ansluter en pinout från förstärkaren/buffertsteget N3 till utgången från den första oscillatorn (N1).
Den andra oscillatorn som är byggd kring N2 ger ingången till förstärkarens andra ben (N3). De två oscillatorernas oberoende RC-nätverk definierar sina driftsfrekvenser. Med hjälp av transistor Q1 genererar systemet en frekvensmodulerad kopplingsutgång.
Denna omkopplingsutgång inducerar en högspänningspuls i transformatorns T1 sekundärlindning. Dess utgång blir låg först så snart båda signalerna som levereras till IC1c är höga. Denna låga stänger av Q1 och så småningom börjar lampan att blinka.
12) Ljusaktiverad lampblinkare
Den ljusutlösta fluorescerande blinkaren som visas ovan är en uppgradering till den tidigare IC 4093 fluorescerande blinkerskretsen. Den tidigare 4093-blixtkretsen har omkonfigurerats för att omedelbart börja flimra så snart en närmande bilist lyser upp LDR med sina strålkastare.
En LDR, R5, fungerar som ljussensor i kretsen. Potentiometer R4 justerar kretsens känslighet. Detta måste justeras så att när en ljusstråle blinkar över LDR från ett avstånd av 10 till 12 fot, börjar lysröret blinka.
Dessutom är potentiometer R1 justerad för att säkerställa att när ljuskällan tas bort från LDR, stängs blixten av av sig själv.
